Presque toute l’énergie utilisée par les cellules provient des liaisons qui constituent les composés organiques complexes. Ces composés organiques sont décomposés en molécules plus simples, comme le glucose. Par la suite, les cellules extraient de l’énergie du glucose au cours de nombreuses réactions chimiques, un processus appelé respiration cellulaire.

La respiration cellulaire peut avoir lieu en présence ou en absence d’oxygène, qu’on appelle respectivement respiration aérobie et anaérobie. En présence d’oxygène, la respiration cellulaire commence par la glycolyse et se poursuit avec l’oxydation du pyruvate, le cycle de l’acide citrique et la phosphorylation oxydative.

La respiration cellulaire aérobie et anaérobie commencent par la glycolyse. La glycolyse produit un gain net de deux molécules de pyruvate, de deux molécules de NADH et de deux molécules d’ATP (quatre produites moins deux utilisées lors de la glycolyse nécessitant de l’énergie). En plus de ces principaux produits, la glycolyse génère deux molécules d’eau et deux ions hydrogène.

Dans les cellules qui effectuent la respiration anaérobie, la glycolyse est la principale source d’ATP. Ces cellules utilisent la fermentation pour convertir le NADH de la glycolyse en NAD⁺, qui est nécessaire pour poursuivre la glycolyse. La glycolyse est également la principale source d’ATP pour les globules rouges matures des mammifères, qui manquent de mitochondries. Les cellules cancéreuses et les cellules souches s’appuient sur la glycolyse aérobie pour l’ATP.

Les cellules qui utilisent la respiration aérobie continuent de décomposer le pyruvate après la glycolyse par oxydation du pyruvate, le cycle de l’acide citrique, et la phosphorylation oxydative. L’oxydation du pyruvate transforme le pyruvate de la glycolyse en acétyl-CoA — l’apport primaire pour le cycle de l’acide citrique. Le NAD⁺ pour la glycolyse continue est réapprovisionné pendant la phosphorylation oxydative, lorsque le NADH véhicule et donne des électrons à la chaîne de transport d’électrons, devenant ainsi du NAD+.

Le porteur d’énergie ATP est le principal produit de la respiration cellulaire. Bien que la phosphorylation oxydative produise la majeure partie de l’ATP généré par la respiration aérobie, l’ATP est également produit pendant la glycolyse et le cycle de l’acide citrique.